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Theoretische und praktische Grundlagen der pneumatischenFörderung

(Vortrag anläßlich eines Seminars in Moskauvon Dr. Hesse, Fa. NEUERO)

1. Physikalische Grundlagen 2

1.1. Förderprinzip und Aufbau einer pneumatischen Förderanlage 2

1.2. Strömungstechnische Vorgänge im Förderrohr 3

2. Empirische Grundlagen 7

2.1. Luftgeschwindigkeit 7

2.2. Druckverluste in der Förderrohrleitung 8

2.3. Kompressible Strömung und Rohrerweiterung 11

2.4. Ermittlung der Förderleistung 14

3. Bauliche und konstruktive Einzelheiten 16

3.1. Aufbau einer pneumatischen Saugförderanlage 16

3.2. Saugdüsen 17

3.3. Förderrohre 18

3.4. Förderrohrbogen 18

3.5. Abscheider 19

3.6. Zellenradschleusen 20

3.7. Luftstromerzeuger oder Gebläse 21

4. Literaturverzeichnis 26

5. Bildanhang (Bildnachweis) 27

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1. Physikalische Grundlagen

1.1. Förderprinzip und Aufbau einer pneumatischen FörderanlageDas Prinzip der pneumatischen Förderung basiert auf der bekannten, physikalischenGrundlage, daß strömende Luft unter bestimmten Voraussetzungen dazu fähig ist,schwerere Feststoffe zu tragen und mitzuführen.Wir alle kennen diese Tatsache als Naturerscheinung. Wir wissen, daß Luft alsTrägermedium große Mengen an Feststoffen, wie z.B. Sand, Schnee, Laug, Samenund dergleichen forttragen kann.

Bei der pneumatischen Förderung wird dieses Förderprinzip gezielt technischgenutzt, der Transport erfolgt dabei durch Rohrleitungen. Das Fördermittel ist stetsder Luftstrom, der durch einen Druckunterschied zwischen Anfang und Ende derRohrleitung hervorgerufen wird.

Aus der Schulphysik ist uns bekannt, daß das Ansaugen von Flüssigkeit theoretischauf 10 m Höhe begrenzt ist. Wird jedoch körniges Material im Saugverfahrenpneumatische gefördert, dann ist die Förderhöhe fast unbegrenzt – vorausgesetzt,daß ein Luftstrom von der erforderlichen Geschwindigkeit vorhanden ist, der dieKörper mitreißt.

Kurz vor der Jahrhundertwende wurden die ersten pneumatischen Förderanlagen zurEntladung von Getreide aus Überseeschiffen eingesetzt. Wir würden sie auch heutenoch als Großanlagen bezeichnen. Erst später erfolgte die Ausdehnung dieserneuen Art der Stetigförderung auf kleinere und mittlere Anlagen sowie auch aufandere geeignete Massenschüttgüter.

Je nach der Höhe des für den Luftstrom aufzubringenden Gebläsedruckes sprichtman von Niederdruck-, Mitteldruck- oder Hochdruck-Anlagen. Die für industrielleZwecke zum Einsatz kommenden Gebläse erzeugen heute einen Förderdruck vonetwa 0,5 bis 1 bar Uberdruck, was einem Unterdruck von etwa 0,3 bis 0,5 barentspricht.

Ferner unterscheidet man pneumatisehe Förderanlagen grundsätzlich nach der Artder Ausführung, nämlich Saug- oder Druck- Förderanlagen, sowie kombinierte Saug-Druck-Anlagen.

Bild 1 zeigt schematisch eine Saugförderanlage. Ein Gebläse (7) am Ende derRohrleitung erzeugt einen Unterdruck, um die erforderliche Luftströmung im Rohr zuerzeugen. Wie bei einem Staubsauger wir das zu fördernde Gut über die Saugdüse(1) aufgenommen und durch die Rohrleitung (2,3) in den Abscheider (4) transportiert.Dort werden Fördergut und Luft wieder von- einander getrennt. Das Gut wird übereine Schleuse (5) ausgetragen. Die Luft wird vom Gebläse (7) abgesaugt, wobei evtl.zur Reinigung ein Filter zwischengeschaltet wird. Bei derartigenSaugförderanlagenkann von einer oder mehreren Aufgabestellen nach einer Abgabestelle gefördertwerden.

Typische Beispiele für den Saugbetrieb sind pneumatische Entladeanlagen inortsfester, fahrbarer, versetzbarer oder schwimmender Ausführung für Getreide undÖlsaaten aus Uberseeschiffen, Binnenschiffen, Bahnwaggons oder Lastkraftwagen.

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Bild 2 zeigt das Schema einer Druckförderanlage. Hier wird Luft direkt aus derAtmosphäre angesaugt und vom Gebläse (1) in die Rohrleitung gedriickt. Das zufördernde Material gelangt über eine Schleuse (2) in den Luftstrom im Förderrohr (3)und wird mitgerissen. Am Ende der Rohrleitung werden Fördergut und Luft in einemAbscheider (5) oder Zyklon wieder voneinander getrennt, das Material fällt nachunten aus und die Luft entweicht nach oben.

Druckförderanlagen sind dann zu empfehlen, wenn das Fördergut an einer Steileaufgegeben und wahlweise durch Zwischenschaltung von Rohrweichen oderRohrumschaltern (4) nach mehreren Abgabestellen gefördert werden soll. Weiterhinist, zu beachten,daß in Druckförderanlagen mit einem größeren Druckgefälle undeiner höheren Luftdichte gearbeitet werden kann. Dadurch können, wie wir nachhernoch sehen werden, höhere Förderleistungen gegenüber Saugförderanlagen erzieltwerden.

Bild 3: In der Praxis werden auch die beiden erwähnten Ausführungen kombiniert -bei der Firma NEUERO ein sehr häufig angewandtes Verfahren -, um dieEinzelvorteile beider Verfahren voll auszunutzen:Es wird dabei der erste Teil des Förderweges als Saugförderung möglichst kurzausgebildet, um das Fördergut einfach in die Rohrleitung aufnehmen zu können, undder zweite Teil als Druckförderung, um bei größeren Förderwegen möglichst hoheFörderleistungen zu erzielen.

Die Durchmesser pneumatiseher Förderleitungen liegen in der Praxis zwischen 10mm (z. B. für Dosiervorgänge in der Verfahrenstechnik) und mehreren 100 mm (fürdie Förderung großer Feststoffmengen, z. B. beim Löschen von Getreide ausSchiffen). Die Fördermengen sind dementsprechend außerordentlich unterschiedlichund gehen von wenigen kg/h bis zu einigen 100 t/h. Technisch eingesetzteFörderleitungen haben Längen zwischen 10 und 1000 m. Die Luftgeschwindigkeitenliegen je nach Fördergut bei 10 bis 30 m/s.

1.2. Strömungstechnische Vorgänge im FörderrohrDamit also ein Feststofftransport mittels Luft überhaupt möglich ist, müssen dieantreibenden Strömungskräfte der Luft auf die Feststoffteilchen größer sein als dieKräfte, die das Fördergut festzuhalten versuchen. Vor allem sind Gewicht, Reibungurd Trägheit der Feststoffe zu überwinden.

Im folgenden wollen wir uns die beiden wichtigsten Förderzustände mit ihremErscheinungsbild und die drei wesentlichen Einflußgrößen näher ansehen.Besondere Bedeutung kommt dabei der Schwebegeschwindigkeit ws derFeststoffteilchen zu. Danach muß sich die zweite wichtige Größe, nämlich dieFördergeschwindigkeit w der Luft, richten. Als dritte kennzeichnende Größe wird dasMischungsverhältnis � zur Charakterisierung der gegenseitigen Beeinflussung derFeststoffteilchen definiert. Doch zunächst zur Schwebegeschwindigkeit:

Der für die Erläuterung der strömungstechnischen Vorgänge im Förderrohreinfachste Fall liegt bei der vertikalen Förderung nach oben vor.

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Im Bild 4 sind links unter (a) die beiden wichtigsten an einem Einzelkorn imvertikalen Luftstrom angreifenden Kräfte schematisch dargestellt. Die Strömungskraftder Luft, d.h. der Strömungswiderstand S des Teilchens greift von unten nach obenan. Das Gewicht des Teilchens greift entgegengesetzt, d. h. in Richtung derSchwerkraft nach unten an.

Sind nun beide Kräfte S und G gleich groß, so bleibt das Teilchen in der Schwebe.Die dazu erforderliche Luftgeschwindigkeit w ist die sog.Schwebegeschwindigkeit ws . Eine andere Definition dieses Zustandes ergibt sich aus der kinematischenUmkehrung: Die Geschwindigkeit ws ist demzufolge die maximal erreichbareFallgeschwidigkeit, die ein Feststoffpartikel in unbewegter Luft im vertikalen Fallerreichen kann. Man spricht daher auch von der sog. Fallgeschwindigkeit oderSinkgeschwindigkeit.

Mindestvoraussetzung für eine Förderung ist also, daß die Luftgeschwindigkeit imvertkalen Rohr größer ist, als die Schwebegeschwindgkeit. Die Differenz aus beidenist dann die eigentliche Transportgeschwindigkeit der einzelnen Teilchen gegenüberdem festen Rohr.

Wie Sie wissen, wird die Strömungskraft S in der Strömungsslehre dagestellt alsProdukt aus dem sog. cw- Wert (also einem strömungstechnischen Beiwert), derAnströmfläche A des Teilchens (senkrecht zur Strömungsrichtung, auch alsprojizierte Fläche bezeichnet), der Luftdichte ρ (rho) und der Luftgeschwrindigkeit w,dividiert durch 2, d.h.

Der Ausdruck 2ρ w2 wird auch als Staudruck oder dynamischer Druck bezeichnet.

Die Schwebegeschwindigkeit, die wohl den wesentlichsten Einfluß auf die Förderungüberhaupt hat, wird nach diesem mathematischen Ansatz von mehreren Faktorenbeeinflußt.Zunächst hat die Luftdichte Einfluß auf die Strömungskraft und damit aufdie Förderleistung. (So wird die Förderleistung einer pneumatischen Anlage bei einerHochruckwetterlage oder an sehr kalten Tagen leicht ansteigen, wie wir noch sehenwerden.) Weiterhin wird die Schwebegeschwindigkeit vom cw - Wert des Körpersbestimmt. Wie wir wissen, ist diese. u. a. sehr stark von der Oberflächenrauhigkeitund der Geometrie des Körpers abhängig. Nichtkugelförmige Körper neigen z.B.dazu, sich während des Fallesin eine bevorzugte Richtung auszurichten. So fällt einstromlinienförmiger körper immer mit der Spitze nach unten, um einen möglichstgeringen Widerstand zu erzeugen.( Dadurch lassen sich beispielsweise bei derpneumatischen Förderung die unterschiedlichen Förderleistungen für dieverschiedenen Getreidearten unter sonst gleichen Bedingungen erklären.)

Befindet sich das betrachtete Teilchen nun nicht – wie bisher stillschweigendvorausgesetzt und links im Bild dargestellt - in der Rohrmitte, sondern wie im Bild 4unter (b) angedeutet, in der Nähe der Rohrwand, so tritt zusätzlichdie AuftriebskraftA senkrecht zur Strömungsrichtung auf. Sie wird hervorgerufen durch eine

S c A ww= * * * ²ρ2

ρ2

* ²w

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unsymmetrische Anströmung des Teilchens in Wandnähe, d.h. durch die gegenüberder Rohrmitte an der Rohrwand kleinere Luftgeschwindigkeit und damit durch die zurRohrmitte hin größere Umströmung des Teilchens. Diese Auftriebskraft versucht, dasTeilchen wieder in die Rohrmitte zu ziehen.

Noch deutlicher wird dieser Effekt in den rechten Bildern, die die entsprechendenVerhältnisse für die horizontale Förderung vereinfacht darstellen. Auf das von linksangeströmte Teilchen wirkt zunächst in Rohrmitte (Darstellung (c)) nur derStrömungswiderstand bzw. die Schleppkraft S nach rechts und das Eigengewicht Gdes Teilchens nach unten. Fliegt das Teilchen dabei in die Nähe der Rohrwand(Darstellung (d) und (e)), kommt die Auftriebskraft A wieder ins Spiel, da dasGeschwindigkeitsprofil der Luft in Wandnähe durch die Grenzschicht wie stetsunsymmetrisch wird. Unterhalb der Rohrmitte ist diese Auftriebskraft die Gegenkraftzum Teilchengewicht (unten dargestellt in (e)).

Theoretisch müßten noch weitere Kräfte in diese Bilder eingetragen werden, z. B. dieTrägheitskraft, die Reibkraft zwischen zwei Teilchen, die Reibkraft zwischen Teilchenund Wand, dann Impulskräfte, die Magnuskraft - um nur einige zu nennen. Sie allemüssen schließlich von der Luftströmung im Rohr überwunden werden. Daandererseits die Luftströmung durch einen Druckunterschied zwischen dem Anfangund dem Ende der Rohrleitung hervorgerufen wird, führt die Summe der erwähntenKräfte zu einem Druckverlust, der vom Gebläse als Förderdruck aufgebracht werdenmuß.Doch nun vom Einzelkorn zu sog. Gutwolken:Die hier betrachtete pneumatische Förderung wird in der Literatur im Gegensatz zursog. Dichtstromförderung oder Pfropfenförderung als Flugförderung oderDünnstromförderung bezeichnet. Dabei bewegen sich die Partikel in fliegender undspringender Weise vorwärts und werden mit ungefähr gleichmäßiger Konzentrationdurch die Transportleitung geblasen.

Die Höhe der Konzentration, d. h. also der Feststoffanteil wird über diedimensionslose Kenngröße µ (my) ausgedrückt. Sie ist definiert als das Verhältnisder geförderten Feststoff-Masse pro Zeiteinheit zur Masse der geförderten Luft proZeiteinheit. Man spricht daher auch vom sog. Mischungsverhältnis µ .

Bild 5 zeigt schematisch die Flugförderung von Feststoffteilchen in Rohrleitungen,links für vertikale und rechts für horizontale Förderung. Aufgrund der auch querverlaufenden Geschwindigkeitskomponenten treffen die Teilchen auf die Rohrwände,werden abgebremst, prallen zurück und müssen wieder neu beschleunigt werden.Diese wiederholten Beschleunigungen führen schließlich zum erwähnten Druckabfallin der Rohrleitung.

Bei der vertikalen Förderung ist bei einem Mischungsverhältnis von ungefähr 10 bis20 noch ein mehr oder weniger freier Flug der Teilchen bei hinreichenderLuftgeschwindigkeit möglich, wie in Skizze (a) dargestellt. Rückt dieStrömungsgeschwindigkeit der Luft in die Nähe der Schwebegeschwindigkeit desEinzelkornes und das Mischungsverhältnis in die Größenordnung von ungefähr 30,so kann es bereits zu Entmischungen kommen. Wir erkennen das in der Skizze (b).Obwohl bereits Feststoffansammlungen absinken, kann dennoch im zeitlichen Mittelinsgesamt aufwärts gefördert werden.

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Noch deutlicher werden diese Überlegungen bei der horizontalen Förderung, Skizze(c). Dort unterscheiden sich die Förderzustände darüber hinaus von denen imvertikalen Rohr, daß die Schwerkraft sich sehr deutlich auf die Entmischungbemerkbar macht, sobald die Luftgeschwindigkeit etwas kleiner wird. Ist dieLuftgeschwindigkeit nur unwesentlich grö8er als die Schwebegeschwindigkeit desEinzelteilchens, so lagern sich besonders feinere Feststoffe leicht strähnenartig amRohrboden ab ( unter (d) zu erkennen). Bei diesem stark entmischten Förderzustandkann sich ein erheblicher Teil des Feststoffes in einer Strähne am Rohrboden entlangbewegen. Wenn die Druckreserve des Gebläses nicht mehr ausreicht, tretenVerstopfungen auf.

An jeder Stelle in der Förderrohrleitung ist also eine Mindest-Luftgeschwindigkeiteinzuhalten, um das Fördergut gerade noch transportieren zu können. DieseMindest-Luftgeschwindigkeit wird daher auch als kritische Geschwindigkeitbezeichnet. Sie ist je nach Beschaffenheit des Fördergutes sehr unterschiedlich undkann zwischen 10 und 30 m/s liegen. Wird diese Mindest-Luftgesohwindigkeitunterschritten, ist die Stopfgrenze erreicht, d.h. das zu fördernde Material lagert sichim Förderrohr ab und die Rohrleitung verstopft schließlich. Theoretisch ist dieStopfgrenze nicht exakt vorher festlegbar, da sie u.a. auch abhängig ist von derjeweiligen Anlage, d.h. von der speziellen Rohrführung.

Hohe Luftgeschwindigkeiten garantieren zwar einen einwandfreien Transport, habenaber erhabliche Nachteile zur Folge:

Der durch das Fördergut hervorgerufene Verschleiß an der Rohrleitung ist wesentlichgrößer.Es kann sich eine erhebliche Kornbeschädigung des Fördergutes einstellen.

Es ist ein unnötig hoher Kraftbedarf des Gebläses zur Erzeugung des Förderdrucksbzw. des Luftstroms erforderlich.

Der letzte Punkt sei für diejenigen , die sich für eine kurze physikalische Erläuterung

interessieren, etwas näher ausgeführt:Aus der Strömungslehre ist bekannt, daß sich die elektrische Antriebsleistung N beireiner Luftförderung eines Gebläses zusammensetzt aus dem Produkt desVolumenstromes V der Luft und dem gesamten aufzubringenden Druck ∆ p (delta p),dividiert durch den Wirkungsgrad η , d.h.

N=η

pV∆

Der Volumenstrom läßt sich wiederum ausdrücken als Produkt von RohrquerschnittA und Luftgeschwindigkeit w, d.h.

V= A w = 4

2dΠ w.

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Andererseits sagt die Energiegleichung von Bernoulli, daß die Druckverluste delta pim Rohr bei turbulenter Strömung proportional dem Quadrat der Luftgeschwindigkeitsind, d. h.

∆ p ~ w2.

Zusammenfassend ergibt sich daraus, daß die Antriebsleistung N proportional derLuftgeschwindigkeit in der dritten Potenz ist, d. h.

N ~ w³

Eine zu große Luftgeschwindigkeit im Rohr erfordert also einen beträchtiichenLeistungsmehraufwand.

2. Empirische Grundlagen

2.1. LuftgeschwindigkeitWie wir gesehen haben, spielt die Schwebegeschwindigkeit in der pneumatischenFörderung eine große Rolle. Eingangs haben wir die Schwebegeschwindigkeit amEinzelkorn definiert. Praktisch werden sich Partikel sehr häufig miteinander verbindenoder konzentriert in Form von Gutwolken auftreten. Versuche haben gezeigt, daßdiese dann schneller sinken als einzelne Teilchen. Eine Erklärung dazu liefert derdabei auftretende Windschatteneffekt: Wir kennen diese Erscheinung vomFahrradrennen oder Straßenverkehr, wo nachfolgende Fahrer von den vorderenprofitieren und weniger Windkräfte zu überwinden haben. Das bedeutet also, daß beihoher Gutkonzentration im Förderrohr auch höhere Luftgeschwindigkeiten erzeugtwerden müssen, um einen einwandfreien Transport sicherzustellen.

Die Ermittlung der Schwebegeschwindigkeit eines Fördergutes ist mit einer einfachenVersuchsanordnung möglich, wie sie im Bild 6 gezeigt ist. In eine vertikaleSaugförderrohrleitung wird ein konisch erweitertes Rohrstück aus durchsichtigemMaterial (links im Bild) eingebaut. Ein Gebläse sorgt für den erforderlichenUnterdruck. Je nach örtlichem Durchmesser dieses Konus treten dortunterschiedliche Luftgeschwindigkeiten auf. Von einem bestimmten Durchmesser annach oben nimmt die Luftgeschwindigkeit aus Kontinuitätsgründen so weit ab, daßevtl. keine Förderung mehr gewährleistet ist. Nachdem die Materialproble untenangesaugt worden ist, bleiben die Teilchen also an einer bestimmten Stelle im Konushängen. Mit Hilfe geeigneter Meßinstrumente und einer Reguliermöglichkeit desLuftstromes läßt sich die gesuchte Schwebegeschwindigkeit dann ermitteln.

In Bild 7 ist das Ergebnis solcher Messungen für verschiedene Güter inDiagrammform dargestellt. Auf der Abszisse logarithmisch dieSchwebegeschwindigkeit ws aufgetragen, auf der Ordinate die übergeblaseneGutmenge, d.h. der jeweilige Prozentsatz der gesamten Probe. Jede dieser Kurvengilt für ein Schüttgut. Es beginnt mit kleinen Schwebegeschwindigkeiten (links) fürfeinen Flußsand und geht über zu verschiedenen Getreidearten, bis hin zu glattenkugelförmigen landwirtschaftlichen Produkten, wie Erbsen und Bohnen, die einehöhe Schwebegeschwindigkeit aufweisen. Da die Probe eines Materials aus Körnern

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unterschiedlicher Größe, Form und Oberflächenbeschaffenheit besteht, ergibt sichkein konstanter Wert der Schwebegeschwindigkeit für ein Schüttgut. Ein mittlererWert läßt sich sinnvollerweise bei 50% der übergeblasenen Menge angeben. FürWeizen ergibt sich daraus beispielsweise eine mittlere Schwebegeschwindigkeit von9 m/s.

Bei der Auslegung einer Förderrohrleitung muß zunächst die Geschwindigkeit derFörderluft festgelegt werden. Sie muß auf jeden Fall weit genug über derSchwebegeschwindigkeit liegen, um ein Verstopfen der Anlage zu verhindern. DieLuftgeschwindigkeit liegt z.B. bei Getreide im Mittel zwischen 20 und 25 m/s und wirdvielfach auch nach praktischen Erfahrungen festgelegt.

Wie bereits erwähnt, ist die Geschwindigkeit des Fördergutes, also dieTeilchengeschwindigkeit, letztlich die Differenz aus der Luftgeschwindigkeit w undder Schwebegeschwindigkeit ws. In der Literatur wird angegeben, daß das Verhältnisder Teilchengeschwindigkeit zur Luftgeschwindigkeit mit etwa 0,6 anzusetzen ist. Fürunser Weizen-Beispiel ergibt sich damit für eine Schwebegeschwindigkeit von 9 m/seine erforderliche Luftgeschwindigkeit von 23 m/s.

2.2. Druckverluste in der FörderrohrleitungWie wir bereits im Abschnitt „Strömungstechnische Vorgänge“ gesehen haben, setztsich der Gesamtdruckverlust im Förderrohr aus vielen Anteilen zusammen. In Bild 8sind die wichtigsten Anteile noch einmal qualitativ zusammengetragen. Es ist dabeieine in der pneumatischen Förderung und in der Gebläsetechnik üblicheDarstellungsform gewählt worden: der vom Gebläse für eine störungsfreie Förderungerforderliche Förderdruck oder auch der sich einstellende Druckabfall in derFörderrohrleitung in Abhängigkeit von der Luftgeschwindigkeit.

Allein zur Förderung der Luft ohne Material ist in der Förderrohrleitung Reibung zuüberwinden. Dieser Anteil des Förderdruckes ist durch die Kurve ∆ pL angedeutet.Mit Zunahme der Luftgeschwindigkeit nimmt der Druckabfall überproportional,genauer gesagt, annähernd quadratisch zu. Daraus ist wieder zu entnehmen, daßdie Luftgeschwindigkeit möglichst niedrig sein sollte.

Wie wir wissen, wird das Fördergut ständig an der Rohrwand abgebremst und mußneu beschleunigt werden. Aus dieser zu überwindenden Reibung zwischen Feststoffund Rohrwand ergibt sich ein Anteil, der mit ∆ pR bezeichnet ist. Der sohervorgerufene Druckabfall nimmt etwa linear mit der Luftgeschwindigkeit zu.

Ein weiterer wesentlicher Anteil ergibt sich durch den Feststoff selbst, insbesonderedurch Verkeilkräfte, mit ∆ pF bezeichnet. Mit sinkender Luftgeschwindigkeit ( und beikonstantem Feststoffdurchsatz) nimmt der Feststoffanteil im Förderrohr, d.h. dasMischungsverhältnis, zu und damit auch der Druckverlust. Diese Kurve weist einenhyperbelähnlichen Verlauf auf.

Die Summe der einzelnen Druckverluste gibt die Kurve ∆ pTOT an. Der genaueVerlauf dieser Kurve ist vor allem abhängig vom Fördergut, dem Mischungsverhältniszwischen Feststoff und Luft sowie von der Anlage selbst. Die parabelähnlicheFunktion gilt jedoch für alle pneumatischen Förderanlagen. Diese

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Gesamtdruckverlustkurve wird daher auch als Anlagenkennlinie bezeichnet. (Wirwerden noch darauf zurückkommen).

Da die aufzubringende Antriebsleistung des Gebläses, wie wir bereits gesehenhaben, letztlich vom Förderdruck ∆ p und von der Luftgeschwindigkeit w abhängt,ergibt sich in dieser Darstellung ein Betriebspunkt mit einem minimalenLeistungsaufwand Nmin. Er fällt nicht mit dem geringsten Förderdruck zusammen.Um Verstopfungen im Förderrohr zu vermeiden, liegt der eigentliche Arbeitsbereichfür Flugförderung bei einer noch höheren Luftgeschwindigkeit und damit leider beieiner etwas höheren Antriebsleistung. Der gestrichelte linke Ast der Kurve hat daherauch nur Bedeutung für die Dichtstromförderung.

Die bisherige Betrachtung des aufzubringenden Förderdruckes und dessenZusammensetzung galt bei der Anlage als Ganzem. Im folgenden wollen wir denDruckabfall näher betrachten, wie er sich aus einzelnen Anteilen über derFörderstrecke aufbaut bzw. zusammensetzt.

Druckverlust infolge Material-Beschleunigung

Wir wissen, daß eine Mindestluftgeschwindigkeit erforderlich ist, um einekontinuierliche Förderung zu erreichen. Dabei müssen die Feststoffe so schnell wiemöglich vom Luftstrom auf die Mindest-Fördergeschwindigkeit beschleunigt werden.Der hierdurch auftretende Beschleunigungsverlust schlägt bei dem vom Gebläseaufzubringenden Förderdruck stark zu Buche. Er tritt bei Saug- und bei Druckanlagenjeweils einmal bei der Materialannahme bzw.- eingabe auf, bei kombinierten Saug-Druck-Anlagen sogar zweimal, d.h. sowohl an der Saugdüse als auch nach demZwischenabscheiden bei der Wiedereingabe des Materials in die Druckleitung.

Um die Größe des Beschleunigungswiderstandes und damit den Anteil amGesamtdruckverlust in der Förderrohrleitung ausdrücken zu könne, wird dafür in derLiteratur sehr häufig eine sog. Scheinlänge für die Beschleunigung eingeführt, d.h.der für die Beschleunigung verbrauchte Druckanteil wird durch ein zusätzliches,gedachtes horizontales Rohrleitungsstück ersetzt, für das sich der gleicheDruckverlust bei konstanter Fördergeschwindigkeit wie für die Beschleunigungergeben würde.

Bild 9 zeigt die von Segler experimentell ermittelten Scheinlängen für dieBeschleunigung des Fördergutes. Dabei ist die Scheinlänge in Abhängigkeit von derFördermenge für die Förderung von Weizen bei einer mittleren Luftgeschwindigkeitvon 22 m/s aufgetragen. Man sieht, daß sich die Kurve asymptotisch einemGrenzwert nähert:: von einem Gutdurchsatz, der über 5 kg/s liegt – das entsprichtFörderleistungen von über 20 t/h -, kann die Scheinlänge mit etwa 22 m als konstant,d.h. unabhängig von der Fördermenge, angenommen werden.

Bei Sauganlagen tritt für das Ansaugen des Fördermaterials an der Saugdüse evtl.zusätzlich zum Beschleunigungsverlust ein weiterer Druckabfall auf. Je nachAusführung der Saugdüse ist hierfür ein Wert zwischen Null und dem desBeschleunigungswiderstandes zusätzlich zu berücksichtigen.

Druckverlust im Rohrbogen

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Bei der Projektierung und Ausführung von Saug- und Druckförderanlagen istbesonders zu beachten, daß Umlenkungen in den Förderleitungen durch Rohrbogenoder Krümmer auf ein Minimum beschränkt werden. Im Rohbogen erfolgt, wie leichtzu verstehen ist, eine Abbremsung des vom Luftstrom getragenen Fördergutes, undes wird dann eine Wiederbeschleunigung erforderlich, die zu größerer Belastung desGebläses führt. Außerdem tritt im Rohrbogen starker Verschleiß auf, der besondereMaßnahmen notwendig macht, z.B. verstärkte Ausführung der Wandungen oderEinlegen von Verschleißplatten aus Hartstahl, wie wir bei den konstruktivenEinzelheiten noch sehen werden. Schließlich können die Rohrbogen durch denAufprall des Fördergutes auch zu einer Veränderung der Körnung oder zu einerQualitätsminderung des Materials führen.

Bild 10 zeigt schematisch die Material- und Luftströmung in einem Förderrohrbogen.Wir wollen dabei vier Förderzustände unterscheiden:

Bis zum Eintritt in den Bogen, d.h. bis zum Querschnitt I sind das Fördergut und dieFörderluft gleichmäßig vermischt.

Am Querschnitt I beginnt die Entmischung.

Zwischen den Querschnitten I und II werden die Gutteilchen unter Wirkung derZentrifugalkraft nach außen an die Wand geschleudert, gleiten an dieser entlang undwerden aufgrund der Reibung abgebremst, d.h. die Eintrittsgeschwindigkeit wKI derKörper ist größer als die Austrittsgeschwindigkeit wKII.

Nach Austritt aus dem Rohrbogen, d.h. hinter Querschnitt II, findet die Wieder-Vermischung zwischen Luft und Teilchen unter gleichzeitiger Wieder-Beschleunigungder Teilchen statt.

Versuche haben gezeigt, daß der Druckabfall längs des eigentlichen Rohrbogens beider Materialförderung nur unwesentlich höher liegt als beim Fördern von reiner Luft.Der eigentliche Druckverlust tritt erst hinter der Unlenkung wegen der Wieder-Beschleunigung der Teilchen auf.

Analog zum Beschleunigungswiderstand wird in der Literatur auch für Rohrbogeneine Scheinlänge definiert. Die Scheinrohrlänge eines Förderrohrbogens ist dieäquivalente Länge einer waagerechten Rohrstrecke gleichen Durchmessers, gleicherRauhigkeit und gleichen Druckabfalls wie der Förderrohrbogen.

Bild 11 zeigt die Scheinlänge eines 90° Rohrbogens mit einem gängigenKrümmungsradius von 4- bis 6-fachem Rohrdurchmesser nach Untersuchungen vonSegler. Lediglich für kleine Fördermengen von weniger als 4 kg/s ist eine leichteAbhängigkeit vom Rohrdurchmesser zu erkennen. Oberhalb einer Fördermenge von10 kg/s nähert sich die Kurve einem Grenzwert, d.h. bei Förderleistungen über 30 t/hkann eine konstante Scheinlänge von ca. 18 m angesetzt werden. Im Klartextbedeutet dieses Ergebnis: Bei Einsparung eines einzigen 90°-Krümmers könnteman die horizontale Förderleitung um fast 20 m verlängern und hätte immer noch diegleiche Förderleistung der Anlage.

Förderrohrbogen mit weniger als 90°-Umlenkung, z.B. 45°, erhalten für die praktischeBerechnung des Druckgefälles eine entsprechend kleiner Scheinrohrlänge lSK.

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Versuche haben ebenfalls ergeben, daß es von untergeordneter Bedeutung ist,zwischen einer Umlenkung in der horizontalen Ebene und einer Umlenkung aus derhorizontalen in die vertikale Förderrichtung zu unterscheiden. In der Praxis wirddaher in der Regel mit der gleichen Scheinrohrlänge gerechnet.

Druckverlust bei vertikaler Förderung

Zwischen einer vertikalen Förderrichtung und einer horizontalen Förderrichtung mußaber sehr wohl unterschieden werden. Im vertikalen Förderrohr muß gegenüber demhorizontalen Förderrohr zusätzlich reine Hubarbeit geleistet werden, was einenzusätzlichen Druckverlust bewirkt. In der Literatur wird dafür häufig ein für die Praxisausreichender Fastwert empfohlen: Der Druckverlust pro Meter Förderrohrlänge istim vertikalen Rohr etwa doppelt so groß. Nach Einführung einer Scheinrohlänge fürdas vertikale Förderrohr analog zur Beschleunigung und zum Förderrohrbogen ergibtsich daraus, daß alle vertikalen Strecken für die Ermittlung des Gesamt-Druckabfallsdoppelt anzusetzen sind.

2.3. Kompressible Strömung und RohrerweiterungBei unseren bisherigen Betrachtungen haben wir vereinfachend vorausgesetzt, daßdas Fördermedium Luft sich wie ein inkompressibles Gas verhält, d.h. daß sich Luftnicht zusammendrücken läßt. In Bild 12 wird dieser Zustand dem eineskompressiblen Gases schematisch gegenübergestellt. Unterhalb der beidenDiagramme ist jeweils ein Gebläse mit einer vereinfachten Saugrohrleitungangedeutet. Der Einfachheit halber wird dabei zunächst von reiner Luftförderungausgegangen. Die Punkte 1 und 2 symbolisieren zwei Stellen in der Rohrleitung, d.h.auf der Abszizze ist die Rohrlänge 1 aufgetragen. In Abhängigkeit davon ist auf derOrdinate sowohl die über dem Rohrquerschnitt gemittelte Luftgeschwindigkeit w alsauch der infolge der Reibung auftretende Druckverlust ∆ p sowie die zugehörigeLuftdichte ρ angegeben.

Bei inkompressibler Rohrströmung (linke Darstellung) ist die Luftdichte und damitauch die Luftgeschwindigkeit über der gesamten Rohrlänge gleichbleibend. Derinfolge der Reibung auftretende Druckverlust bzw. der vom Gebläse aufzubringendeFörderdruck oder speziell hier Unterdruck nimmt gleichmäßig zum Rohrende, d.h.zum Gebläse hin zu, wie wir schon vohin gesehen haben.

Wir wissen aber, daß sich Luft bei höhreren Drücken komprimieren läßt, genauergesagt, wie ein kompressibles Gas verhält. Die rechte Darstellung gibt dieVerhältnisse für eine kompressible Rohrströmung an, wie sie auch in der Praxis beigrößeren pneumatischen Förderanlagen anzutreffen ist. Bedingt durch den hohenGesamtdruckverlust unterliegt die Luft in der Förderleitung einer merklichenExpansion, d.h. am Rohranfang (Stelle 1) herrscht noch etwa der Umgebungs- oderBarometerdruck und kurz vor dem Gebläse (Stelle 2) hat sich der höchste Unterdruckaufgebaut. Daher nimmt auch die Luftdichte, die an der Stelle 1 noch denUmgebungswert von etwa 1,2 kg/m³ hat, in Förderrichtung erheblich ab. Bei der hiervorausgesetzten Rohrleitung mit konstantem Durchmesser muß demzufolge dieLuftgeschwindigkeit in Förderrichtung von Stelle 1 nach 2 ständig ansteigen. DieseZunahme der Geschwindigkeit führt zu einem gegenüber der linken Darstellung

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wesentlich stärkeren Anstieg des Druckverlustes in der Rohrleitung bzw. zu einemhöheren Unterdruck, der dann von einem stärkeren Gebläse aufzubringen ist.

Die hier am Beispiel von reiner Luftförderung erläuterten Vorgänge können inähnlicher Form auf die pneumatische Förderung von Feststoffen übertragen werden.Lediglich die Reibungsverluste und damit die Förderdrücke bzw. erforderlichenUnterdrücke sind dabei wesentlich größer, wie wir schon weiter vorne gesehenhaben.

Für die Praxis bedeutet die sich einstellende höhere Luftgeschwindigkeit, daß miteiner verminderten Förderleistung zu rechnen ist. Um dennoch einen Großteil desDruckverlustes zu vermeiden, der sich aufgrund der zu hohen Luftgeschwindigkeiteinstellt, wird die Rohrleitung in Förderrichtung allmählich erweitert. Nach derKontinuitäts-Gleichung wird dadurch die Luftgeschwindigkeit wieder verringert undder mit der Geschwindigkeit verbundene Druckverlust gering gehalten. Eineentsprechende grafische Darstellung des Geschwindigkeits- und Druckverlaufeswürde dem linken Diagramm wieder ähneln, dagegen nimmt die Luftdichte von Stelle1 nach 2 weiterhin ab.

In der Praxis läßt sich eine konische Rohrerweiterung, wie sie wünschenswert wäre,nicht realisieren. Man geht daher so vor, daß die zylindrische Rohrleitung – inFörderrichtung gesehen – sprungweise erweitert wird, d.h. jeweils nach einigenMetern Länge einen etwas größeren Durchmesser erhält. Günstig ist dabeiselbstverständlich eine Erweiterung des Rohrquerschnittes in möglichst kleinenStufen. Diesem Wunsch sind technisch jedoch dadurch Grenzen gesetzt, daß Rohreund Rohrbogen sowie Gelenkstücke usw. mit den üblichen und am Lagervorhandenen Durchmessern benutzt werden müssen.

Bezüglich des Abstufungskriteriums gibt es bei den Experten unterschiedlicheAuffassungen. Jeder Hersteller von pneumatischen Förderanlagen beruft sich aufseine praktischen Erfahrungen. Aber auch die angewandten Wissenschaften gebenhier keine klare Aussage. Da die Rohrerweiterung aber ein sehr wesentlicher Faktorfür die Förderleistungserhöhung bei der pneumatischen Förderung ist und damiterheblich zur Energieeinsparung beitragen kann, wollen wir dazu einigeÜberlegungen anstellen.

Für stationäre Vorgänge, wie sie hier vorliegen, gilt bei idealen Gasen und damitauch annähernd bei Luft die uns allen bekannte allgemeine Gasgleichung

ρp = R T

wobei

p der absolute Druck, d.h. der Barometerdruck plus oder minus derDruckdifferenz ∆ p ist,

ρ die entsprechende Luftdichte angibt,

R eine konstante Größe, die sog. Gaskonstante ist und

T die absolute Temperatur, gemessen in Kelvin, anzeigt.

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Bei pneumatischen Förderleitungen kann man wegen der großen Masse destransportierten Feststoffes in fast allen Fällen davon ausgehen, daß die Luftströmungisotherm ist, d.h. gleiche Temperatur behält. Damit vereinfacht sich dieGasgleichung, und zwar ist jetzt der Quotient aus Druck p und Luftdichte ρ anverschiedenen Stellen in der Rohrleitung immer konstant, d.h.

.2

2

1

1

ρρpp

=

Wenn beim Transport der Fördergutteilchen – wie wir eingangs gesehen haben – nurder Strömungswiderstand der Teilchen gegenüber der Luft eine Rolle spielt, sobedeutet das, daß der dynamische Druck für eine optimale Förderung konstantgehalten werden muß, also

222

211 ww ∗=∗ ρρ .

Mit dieser und der vorherigen Beziehung läßt sich unter gleichzeitiger Verwendungder Kontinuitäts-Gleichung nach kurzer Zwischenrechnung die neue Beziehungherleiten, daß sich die Drücke an zwei Stellen im Rohr umgekehrt verhalten, wie diedortigen Rohrdurchmesser in der 4. Potenz, d.h.

.4

1

2

2

1 ����

�=

dd

pp

Die aufgrund dieser theoretischen Überlegungen ermittelten neuen Rohrdurchmesserändern sich im Vergleich zu den im Anschluß zu behandelnden zwei Varianten vonAnfang bis zum Ende der Rohrleitung am wenigsten. In der Praxis bringt die hiernachausgeführte Rohrerweiterung insbesondere bei Sauganlagen auch noch nicht dengewünschen Erfolg. Trotzdem wird sie von einigen Herstellern von pneumatischenFörderanlagen angewendet.

Es sei als nächstes auf eine extrem große Rohrerweiterung hingewiesen. Man gehthierbei von der Überlegung aus, daß die Luftdichte, im Gegensatz zu vorhin, keinenwesentlichen Einfluß auf die Förderung hat. Lediglich der Betrag der mittlerenLuftgeschwindigkeit ist ausschlaggebend: die Luftgeschwindigkeit soll möglichstkonstant sein und einen bestimmten Grenzwert nicht unterschreiten, also

w = constant

Setzen wir wieder (wie oben) isothermische Strömung voraus, so ergibt sich damitund unter Verwendung der Kontinuitäts-Gleichung nach kurzer Zwischenrechnungdie Beziehung, daß sich die Drücke an zwei Stellen im Rohr umgekehrt verhalten,wie die entsprechenden Rohrquerschnitte und damit wie die entsprechendenRohrdurchmesser zum Quadrat, d.h.

.2

1

2

2

1���

���

�=

dd

pp

14

Entsprechend dieser Rohrerweiterung ausgeführte Anlagen weisen eine sehr großeFörderleistungssteigerung von über 50% gegenüber einer Leistung mit konstantemDurchmesser auf. Je nach Fördergut weden dabei manchmal Ablagerungen imhorizontalen Rohr beobachtet, was zu Verstopfungserscheinungen führen kann.Diese Rohrerweiterung eignet sich daher vor allem für Saugförderanlagen, bei denender Ausleger die überwiegende Zeit der Förderung um einige Grad angehobenwerden kann, so daß im horizontalen Förderrohr leicht bergab gefördert wird.

Als dritte Variante sei auf eine Empfehlung in der Literatur hingewiesen. Es wirddabei von einer kritischen Froudezahl ausgegangen, auf die wir hier aber nicht nähereingehen wollen. Vielmehr erfolgt bei dieser Überlegung die Änderung desRohrdurchmessers entsprechend der Beziehung

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1

2

2

1 ����

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pp

Diese Rohrerweiterung liegt zwischen den beiden vorher genannten, aber näher ander letzteren. Sie führt auch zu einer sehr hohen Förderleistungssteigerung und hatnicht so leicht Materialablagerungen im horizontalen Rohr zur Folge. Daher ist siebesonders empfehlenswert.

2.4. Ermittlung der FörderleistungIn der Literatur findet man im wesentlichen nur Berechnungsgrundlagen für körnigeSchüttgüter, insbesondere für Getreide. Dabei spielen sehr häufig Stoffkonstantenund durch Versuche gefundene Beiwerte eine wichtige Rolle. Insbesondere fürmehlige und staubförmige Schüttgüter fehlen diese Werte und damit dieBerechnungsmöglichkeiten für eine pneumatische Anlage, d.h. die zu erwartendeFörderleistung oder die zu installierende Antriebsleistung des Gebläses.

Die als klassisch bezeichneten Berechnungsverfahren gelten darüber hinaus in derRegel nur für relativ kleine Rohrdurchmesser, d.h. bis zu einer Nennweite von etwa100 mm. Heutzutage sind aber Rohrdurchmesser von über 300 mm, d.h. also mitmehr als dem 10-fachen Flächenquerschnitt gegenüber früher keine Seltenheit.Demzufolge sind Firmen, die große pneumatische Förderanlagen bauen, heute imwesentlichen auf ihre eigenen Erfahrungswerte angewiesen.

Die Ergebnisse aus Förderleistungs-Untersuchungen der einzelnen Anlagen werdenin Tabellen- oder Diagrammform zusammengefaßt und dem Kunden zur Verfügunggestellt. Angaben für neue, noch nicht getestete Anlagen werden durchentsprechende Interpolation vorhandener Werte gefunden, wobei auch dieerwähnten Scheinlängen Berücksichtigung finden.

Bild 13 zeigt Förderleistungsangaben beispielsweise für eine fahrbare NEUEROGSD-Förderanlage vom Typ 250. Dabei wird von einem bestimmten Aufbau derRohrleitung ausgegangen, wie er oben links skizziert ist, z.B. als reine Druckanlage(1) oder als reine Sauganlage (3) oder als Kombination von beiden, als Saug-Druck-Anlage (2).

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Im Diagramm unten ist für diese drei Varianten jeweils die Förderleistung inAbhängigkeit von der Förderrohrlänge aufgetragen. Man sieht deutlich, daß im reinenDruckbetrieb die höchsten Förderleistungen zu erzielen sind (oberstes Kurvenband(1)). Es ist dadurch zu erklären, daß im Druckbetrieb vom Gebläse – vorausgesetzt,die zur Verfügung stehendeAntriebsleistung ist groß genug – wesentlich höhereFörderdrücke bei gleicher Drehzahl erzielt werden können als im Unterdruckbetrieb.Die pneumatische Förerung in einem Unterdrucksystem hat immer eine ungünstigereFörderleistung zur Folge, was hier durch das untere Kurvenband (3) dargestellt ist.Der Saug-Druck-Betrieb liegt in der Förderleistung zwischen den beiden anderenSystemen (mittleres Kurvenband (2)). Lediglich bei sehr kurzen Förderwegen machtsich die zweimalige Beschleunigung bei der Saug-Druck-Förderung negativbemerkbar, so daß dann sogar eine reine Saugförderung etwas günstiger ist.

Die Leistungsangaben werden in der Regel nur für einen bestimmten Zustandgarantiert: so bezieht man sich auf ein bestimmtes Fördergut (z.B. Weizen) mit einembestimmten Schüttgewicht (z.B. 750 kg/m³) und einer bestimmten Feuchtigkeit (z.B.14 %), dann auf einen Aufstellungsort in Meereshöhe und eine normale Wetterlage(woraus sich ein Luftdruck von z.B. 760 mm Quecksilber bzw. 1013 mbar ergibt)sowie auf eine bestimmte Umgebungstemperatur (z.B. 20°C) und auf eine geringerelativeLuftfeuchtigkeit (z.B. 40 %). Davon abweichende Angaben können teilweisesogar einen erheblichen Einfluß auf die pneumatische Förderung haben. Wir wollensie in materialabhängige und umgebungsabhängige Einflußgrößen aufteilen.

Die materialbedingten Größen lassen sich in der Regel nur empirisch durchVersuche ermitteln. Dabei legt man z.B. Weizen als Einheitsfördergut zugrunde. Alleanderen Fördergüter werden bei der Förderleistung durch einen entsprechendenprozentualen Zuschlag oder Abschlag erfaßt. Glatte, runde Fördergüter, wie z.B.Erbsen und Bohnen, lassen sich schlechter pneumatisch transportieren und andere,wie z.B. Mais, etwas besser als Weizen.

Die umgebungsabhängigen Einflußgrößen können dagegen überwiegendmathematisch exakt erfaßt werden. Wir haben erfahren, daß die Förderleistung direktproportional dem vom Gebläse zur Verfügung gestellten Förderdruck ∆ p ist.Andererseits ist z.B. beim Einsatz eines Turbogebläses das Druckverhältnis bekannt,d.h. das Verhältnis von Ansaugdruck zu Ausblasdruck dieses Gebläses ist immerkonstant. Aus diesen beiden Beziehungen lassen sich mit Hilfe der erwähntenallgemeinen Gasgleichung der Druck, die Luftdichte und die Umgebungstemperatureines Zustandes 1 (z.B. Angaben des Herstellers) auf einen Zustand 2 (neueUmgebungsbedingungen) umrechnen. So erhält man eine Aussage über spezielleFörderleistungen.

Bei der Beschreibung des Förderleistungsdiagrammes in Bild 13 wurde jeweils voneinem Kurvenband gesprochen, das in diesem Fall aus drei Einzelkurven besteht.Die mittlere ausgezogene Kurve gibt dabei die Förderleistungen bei normalerUmgebungstemperatur, d.h. 20°C an. Die untere Kurve wurde für 40°C, die obere für–20°C ermittelt. Man sieht deutlich, daß kalte Luft infolge der größeren Luftdichtewesentlich besser für die pneumatische Förderung geeignet ist. 40°Temperaturdifferenz können demnach schon eine 15 %ige Steigerung derFörderleistung erbringen. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß die Anlage mitentsprechenden Antriebsreserven ausgelegt ist.

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In Bild 14 sind die Mischungsverhältnisse und damit die relativen Förderleistungenunter normalen Umgebungsbedingungen am Beispiel von Saugförderanlagen, wiesie im Hafenbetrieb vorwiegend eingesetzt weden, dargestellt. Es ist dasMischungsverhältnis µ in Abhängigkeit von der Länge der Rohrleitung angegeben.Für eine bessere Vergleichsmöglichkeit wurde dabei die Scheinlänge und nicht, wieim vorherigen Bild, die tatsächliche Rohrlänge gewählt. Man sieht wieder, daß kurzeRohrlängen ein wesentlich höheres Mischungsverhältnis zulassen als langeRohrleitungen. NEUERO-Förderanlagen, hier am Beispiel der GSD-Anlagen mitkonstantem Rohrdurchmesser in der oberen Kurve dargestellt, können mit sehr vielhöherem Mischungsverhältnis ausgelastet werden als üblicherweise in der Literaturangegeben wird (untere Kurve, die auf sonstige Versuchsergebnisse undBetriebserfahrungen beruht).

Beim zusätzlichen Einsatz einer optimalen Rohrerweiterung kann bei NEUERO-Sauganlagen mit einer weiteren Steigerung des Mischungsverhältnisses, und zwarteilweise mit über 50 % höheren Werten, gerechnet werden. Diese außerordentlichhohen Mischungsverhältnisse führen, wie wir wissen, zu einem sehr günstigenTransportpreis pro geförderter Tonne Material und tragen daher besonders zurEnergieeinsparung bei.

3. Bauliche und konstruktive Einzelheiten

3.1. Aufbau einer pneumatischen SaugförderanlageEingangs waren wir bereits kurz auf den grundsätzlichen Aufbau von pneumatischenFörderanlagen eingegangen: sie bestehen mindestens aus einem Gebläse, einerKörnerannahmestelle, einer Körnerabgabestelle und der Rohrleitung. Bei allenAnlagen wird das Fördergut im Saugbetrieb vor dem Gebläse abgeschieden und imDruckbetrieb hinter dem Gebläse eingeschleust, es läuft in keinem Fall durch dasGebläse.

Im folgenden wollen wir uns die einzelnen Bestandteile und Baugruppeninsbesondere einer pneumatischen Saugförderanlage von der praktischen Seitenäher ansehen.

Bild 15 zeigt den Aufbau einer pneumatischen Schiffsentladeanlage. Ein Gebläse (9)erzeugt den Unterdruck am Ende der Rohrleitung, der für eine ausreichend hoheLuftgeschwindigkeit im Förderrohr sorgt. Nach der Aufnahme des Fördergutes überdie Saugdüse (1) erfolgt die Förderung zunächst über ein vertikales Rohr (2), nacheiner Gelenkstelle (3) und einem Bogen über ein horizontales Rohr (4), weiterhinüber ein Gelenk und eine Drehverbindung (5) in einen Rezipienten oder Abscheider(6), wo Luft und Fördermaterial wieder voneinander getrennt werden.

Auf diesem Wege, d.h. von (1) nach (6), wird gleichzeitig mit dem Fördergut auchStaub von der Förderluft mitgeführt, der bei den verschiedenen zu förderndenMaterialien in unterschiedlicher Menge anfällt. Aus dem Abscheider wird mehr oderweniger staubhaltige Luft abgesaugt. Dieser Staub kann in einem zweitenNachabscheider oder einem Filter abgeschieden werden, so daß vom Gebläsepraktisch staubfreie Luft ins Freie ausgeblasen wird.

In unserem Beispiel sind Abscheider und Filter zu einer Baugruppezusammengefaßt. (Wir wollen uns das Funktionsprinzip dieses Filterabscheiders

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nachher noch näher ansehen.) Die Ausführung des Filterabscheiders muß demherrschenden Unterdruck angepaßt sein und nur ein spezielles Austragsorgan kanndas abgeschiedene Fördergut nach unten, d.h. wieder in die Atmosphäre abgeben;in diesem Fall die Zellenradschleuse (7).

Ob ein Filter eingebaut werden muß, hängt zunächst davon ab, ob in der Nähesolcher Anlagen eine Verunreinigung der Außenluft unbedingt vermieden werdensoll, z.B. wegen der Nähe von Wohn- und Bürogebäuden. Entscheidend ist auchhierfür, ob der mitgeführte Staub nur eine unerwünschte Beimengung desFördergutes ist oder ob er ein Bestandteil des Fördergutes und genauso wertvoll wiedieses ist, so daß er nicht verlorengehen darf. Schließlich ist die Einschaltung einesFilters von der Art des verwendeten Luftstromerzeugers abhängig. (ÜberTurbogebläse und Drehkolbengebläse wollen wir nachher noch sprechen.)

Um die Materialförderung gegebenenfalls schnell unterbrechen zu können, wirdbeispielsweise beim Einsatz von Turbogebläsen kurz vor dem Gebläse eineDrosselklappe eingebaut, d.h. die Saugluftleitung kann damit abgeschiebert werden.Bei Drehkolbengebläsen wird an geeigneter Stelle in der Saugluftleitung eineLuftaufreißklappe eingebaut, d.h. das Gebläse kann über diese Nebenöffnung ausder Atmosphäre Luft ansaugen. Durch diese Maßnahmen ist es nicht erforderlich,den Luftstromerzeuger bei kurzen Förderunterbrechungen jedesmal auszuschaltenund neu anzufahren.

Um mit der Saugdüse möglichst den gesamten Laderaum einer Schiffsluke erreichenzu können, ohne dafür jedesmal das Schiff verholen, d.h. verfahren zu müssen, sindbesonders größere Anlagen in der Regel mit einem vertikalen und einemhorizontalen Teleskoprohr ausgerüstet. Diese Teleskoprohre sind koaxial ineinanderlaufende Rohre, die durch Winden gegeneinander verschoben werden können. Siemüssen ebenso wie alle Gelenkstellen leichtgängig und luftdicht sein. Trotz dergeforderten Robustheit ist ein möglichst geringes Gewicht anzustreben, da diegesamte Föderrohrleitung an einem ebenfalls anhebbaren Ausleger hängt.

3.2. SaugdüsenBeim Saugverfahren wird das Fördergut von der Saugdüse aufgenommen. Bereitsan dieser Stelle muß dafür gesorgt werden, daß das Fördergut im richtigen Verhältnismit der Förderluft gemischt wird. Das optimale Mischungsverhältnis kann nicht festfür eine bestimmte Anlage eingestellt werden. Es ist nicht nur von der Länge derFörderleitung abhängig, sondern muß auch je nach Fördergut und Einsatzfallangepaßt werden.

Bild 16 zeigt zwei gebräuchliche Saugdüsen. Links im Bild ist eine Doppelmantel-Saugdüse und ihre Funktion dargestellt. Die Saugdüse wird von oben in das Materialhineingehalten. Der für die Förderung erforderliche Luftstrom, d.h. die sog. Beiluft,gelangt von oben in den Mantelraum zwischen Außenrohr und innerem Förderrohrnach unten und kann dort das Fördergut aufnehmen und für den Transport nachoben mitreißen. Der Luftstrom kann z.B. über einen von Hand einstellbarenDrehschieber am Eintritt in den Mantelraum der Saugdüse reguliert werden.

Für die Gewähr einer gleichmäßigen Förderung ist beim Einsatz dieser Saugdüsedarauf zu achten, daß die Saugdüse nicht tiefer als bis zur Eintrittsöffnung der Luft

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oben an der Saugdüse in das Fördergut abgelassen wird. Erst bei noch tieferemEintauchen kann Fördergut in die Beiluft-Eintrittsöffnung gelangen und dasMischungsverhältnis stören: die Anlage wird sich gewissermaßen verschlucken, d.h.sie verstopft. Wird die Saugdüse hingegen nicht tief genug in das sich abböschendeFördergut eingetaucht, dann wird die Förderung nach Absaugen der letzten Körnerunterbrochen. Je größer der Abstand zwischen Lufteintritt oben undMaterialannahme unten bei der Konstruktion gewählt wird, desto weniger muß einebestimmte Eintauchtiefe der Saugdüse beachtet und damit ein weniger häufigesAbsenken des vertikalen Rohres vorgenommen werden. Die Doppelmantelsaugdüseist besonders für den Einsatz an einem vertikalen Teleskoprohr geeignet.

Rechts im Bild ist eine Flachsaugdüse in zwei Ansichten dargestellt. Es ist eineSaugdüse einfachster Bauart, die durch den Wegfall des Mantels gekennzeichnet ist.Sie wird vor allem zum Aufnehmen von weniger gut zugänglichen Partien desFördergutes, z.B. unter Überbauten in Laderäumen von Schiffen, in Flachlagernoder zum Resten allgemein eingesetzt. Auch hier wird die Beiluft, d.h. dasMischungsverhältnis von Fördergut und Förderluft z.B. durch einen Schiebereingestellt. Der Einsatz dieser Saugdüse macht die Eingliederung von biegsamenStahlschläuchen in die Saugförderleitung erforderlich.

Saugdüsen werden aus Stahlblech angefertigt; ihr Gewicht muß niedrig sein, um eineleichte Handhabung zu gewährleisten.

3.3. FörderrohreAuch die Förderleitung wird meistens aus Stahlblech von 1 bis 3 mm ausgeführt.Man unterscheidet fest verlegte und ankuppelbare Rohrleitungen. Letztere werden inder Regel in Längen von 2 bis 4 m Länge verwendet und mit schnell lösbarenFlanschkupplungen versehen. Man verwendet z.B. Klappschrauben oder – wie inBild 17 dargestellt – Klammerverbindungen oder leicht montierbareSchellenverbindungen. Im praktischen Betrieb muß besonders auf die Verwendungvon Dichtungen und Dichtringen geachtet werden, da jeder Eintritt von Falschluft dieFörderleistung vermindert. Außerdem müssen die an- und abkuppelbarenRohrelemente schonend behandelt werden, denn jede Eindrückung der Rohrwandführt schnell durch die verschleißende Wirkung des Fördergutes zur Lochbildung unddamit zu Leistungsverlusten.

Unten im Bild sind ein Schuppenrohr und ein Metallschlauch sowie ein Kreuzgelenkdargestellt. Sie werden für eine flexible Rohrleitung und bessere Handhabung z.B.der Saugdüse eingesetzt. Zu beachten ist für den praktischen Betrieb allerdings, daßdie Druckverluste in diesen beweglichen Einheiten aufgrund von Luftwirbel,Umlenkungen und Stauungen wesentlich höher sind als in gleichlangen geraden,glatten Förderrohren. Sie setzen daher die Förderleistung der Anlage herab. Sie sindvom Druckabfall eher mit Förderrohrbogen zu vergleichen. Besonders ungünstig istdaher ein Verlegen in Schlangenlinien. Man sollte bewegliche Rohrelemente sowenig wie möglich einsetzen.

3.4. FörderrohrbogenFörderrohrbogen oder Krümmer sind, wie bereits erwähnt, an den Anprallflächensehr starkem Verschleiß unterworfen, selbst bei Fördergütern, bei denen man oft

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nicht damit rechnet. Man schützt sich dagegen, indem man – wie in Bild 18 rechtsdargestellt - in die Rückwand der Rohrbogen auswechselbare Hartstahl-Verschleißplatten einsetzt. Der Einbau erfordert aber einen rechteckigen oderquadratischen Querschnitt des Rohrbogens, so daß am Anfang und am Ende desFörderrohrbogens jeweils ein Übergangsstück vom runden Förderrohrquerschnitt aufdas eckige Bogenelement erforderlich ist. Darüber hinaus ist genauestes Montierender Platte notwendig, da Spalte usw. zur Wirbelbildung führen, die dann schnelleZerstörungen am Krümmergehäuse zur Folge haben.

3.5. AbscheiderIm Abscheider wird das Fördergut von der Förderluft getrennt. Hier ist zunächst dereinfache Abscheider oder auch Rezipient zu nennen, wie er in Bild 19 links zu sehenist. Da die Saugförderrohrleitung mit einem relativ kleinen Querschnitt in einengroßen Behälter, z.B. radial oder – wie hier dargestellt – schräg einmündet, sinktaufgrund der plötzlichen Raumerweiterung die Geschwindigkeit von Förderlust undFördergut. Während die Förderluft oben am Behälter über einen Stutzen abgesaugtwird, lagert sich das Fördergut im Trichter des Abscheiders ab. Das Austragen desFördergutes erfolgt unter Luftabschluß durch eine Zellenradschleuse.

Die Abmessungen dieses Abscheiders müssen zunächst so ermittelt werden, daß dieGeschwindigkeit der Förderluft in die Größenordnung von etwa 1 m/s absinkt. Esmuß sich weiterhin in seinem zylindrischen und konischen Unterteil ein Pufferraumfür Leistungsspitzen ergeben. Es muß verhindert werden, daß der Eintritt derSaugförderleitung nicht durch sich dan ansammelndes Material abgedrosselt wird.Auch muß der obere Luftabsaugstutzen so hoch angeordnet werden, daß keineFördergutteilchen angesaugt werden und in die Saugluftleitung gelangen.

Es ist bereits erwähnt worden, daß bei vielen Schüttgütern mit einem mehr oderweniger großen Anteil an Staub gerechnet werden muß. Bisweilen wird daher hinterdiesem ersten Abscheider ein zweiter Staubabscheider in Form eines Zentrifugal-Abscheiders, wie wir ihn gleich noch näher betrachten werden, nachgeschaltet.

Um den Luftstromerzeuger vor Staub zu schützen und um keinen Staub in dieAtmosphäre zu blasen, wird in der Regel zwischen Abscheider undLuftstromerzeuger ein Filter zwischengeschaltet. Das linke Bild zeigt eineinteressante Kombination aus Rezipient und Filter. Die Funktion und Abreinigungdieses Filterabscheiders werden wir im 2. Vortrag noch ausführlich betrachten.

Rechts ist im Bild 19 ein Zentrifugal-Abscheider dargestellt; er wird auch alsTangential- oder Fliehkraft-Abscheider oder als Zyklon bezeichnet. Das Gemisch ausFördergut und Förderluft gelangt zunächst tangential in das zylindrische Oberteil. DieLuft wird in eine Kreisbewegung, d.h. eine Wirbelströmung gezwungen. DieFeststoffteilchen unterliegen daher in dieser Strömung neben dem Gewicht und denStrömungskräften noch der Zentrifugalkraft als neuer wesentlicher Kraftkomponente.Dadurch wird das mitgeführte Material an die Wand gepreßt und rutscht unterweiterer Drehung schließlich im konischen Teil nach unten ab, während die Luft nachoben entweicht. Damit dabei nicht so leicht Feststoffteilchen nach oben mitgerissenwerden, ist der Abscheider mit einem zentralen Tauchrohr versehen, so daß die Luftgezwungen ist, einen Umweg zu machen, d.h. sie bewegt sich während der

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Zirkulation erst nach unten und kann dann in das unten offene Tauchrohr eintretenund nach oben entweichen.

In der Praxis werden bei einigen Fördergütern mit Erfolg auch Tauchrohre ausLochblech eingesetzt, bei denen sowohl der Mantel als auch der untere Deckelperforiert sind. Dadurch wird verhindert, daß bei einem evtl. im Abscheiderauftretenden Materialstau das Fördergut vom Luftstrom nach oben mitgerissen wirdund so zu Schäden am Gebläse führt.

Das in einem solchen Zyklon auftretende räumliche Strömungsfeld ist sehr verwickeltund hat sich theoretisch noch nicht vollständig behandeln lassen. DerAbscheidegrad, d.h. die Trennschärfe eines Zyklons ist abhängig von seinengeometrischen Abmessungen, der Umfangsgeschwindigkeit der Luft, der Differenzzwischen Teilchendichte und Luftdichte, der Widerstandskraft der Teilchengegenüber der Luft und der Teilchenreibung an der Wand.

Derartige Abscheider können im Druckbetrieb mit unten offenem Auslauf, wie im Bildrechts dargestellt, oder im Saugbetrieb mit einer Zellenradschleuse, ähnlich wie imlinken Bild am Filterabscheider gezeigt, eingesetzt werden.

3.6. ZellenradschleusenUnter den einzelnen Komponenten einer pneumatischen Förderanlage sindSchleusen ein besonders wichtiges Element. Sie können sowohl beim Ausschleusendes Fördergutes bei einer Saugförderung, als auch beim Einschleusen bei einerDruckförderung eingesetzt werden. Für beide Aufgaben wird in der Regel die schonvorhin beim Aufbau einer Sauganlage und beim Rezipienten schematischdargestellte Zellenradschleuse angeordnet, wie sie auch in Bild 20 zu sehen ist. DasFördergut fließt durch die Einlauföffnung der Schleuse in die Zellen oder Kammerndes Zellenrades. Da sich das Zellenrad dreht – es wird beispielsweise von einemElektromotor angetrieben -, gelangt das Fördergut auf diese Weise mit nach untenund fließt infolge der Schwerkraft aus der Auslauföffnung aus.

Die Zellenradschleuse trennt in der Regel zwei verschiedene Druckniveausvoneinander, entweder Unterdruck von der Atmosphäre bei Sauganlagen oderÜberdruck von der Atmosphäre bei Druckanlagen. Das hat zur Folge, daß eineZellenradschleuse als negative Begleiterscheinung ständig unerwünschte Falschluftvom höheren Druckniveau in den Raum mit niedrigerem Druckniveau einfließen läßt.Diese Luft muß zusätzlich vom Gebläse verarbeitet werden, ohne daß sie zureigentlichen Förderung in der Rohrleitung beiträgt. Sie setzt sich aus zwei Anteilenzusammen: dem Expansionsanteil und dem Leckluftanteil.

Der Expansionsanteil ergibt sich dadurch, daß die unterhalb der Schleuse, d.h. indem höheren Druckniveau, vom Zellenrad während der Drehung dorteingeschlossene Luft bei der weiteren Drehbewegung schließlich am Einlauf derSchleuse, d.h. bei Erreichen des niedrigeren Druckniveaus, expandiert. DieseErscheinung ist physikalisch bedingt und läßt sich nicht vermeiden.

Der Leckluftanteil ergibt sich dadurch, daß aufgrund des Druckgefälles ständigFalschluft durch den technisch bedingten Spalt zwischen Zellenrad und Gehäuseströmt. Bei der Herstellung einer Schleuse muß daher auf möglichst enge und

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gleichmäßige Toleranzen geachtet werden. d.h. es ist sorgfältigste Bearbeitungdurch Schleifen der Innenwandung und des Zellenrades notwendig, um diesenLeckluftverlust auf ein Minimum zu reduzieren.

Durch eine spezielle Oberflächenbehandlung des Zellenrades und des Gehäuseskann der natürliche Verschleiß in erträglichen Grenzen gehalten werden. Dieser iststark von der Art des Fördergutes und eventuellen Beimengungen an Staub usw.abhängig und bedingt eine sorgfältige Überwachung. Chemische Produkte verlangenoft eine Ausführung in rostfreiem Stahl.

Besonders bei Schiffsentladeanlagen muß damit gerechnet werden, daßFremdkörper, die im Fördergut enthalten sein können, zum Blockieren derZellenradschleuse führen. Um negative Auswirkungen zu vermeiden, macht dieseinen Antrieb über eine Schleifkupplung oder den Einsatz einer Abschaltautomatiknotwendig. Bei mittleren und größeren Anlagen ist es sinnvoll, den Stillstand einerFördergut-Schleuse durch entsprechende optische oder akustische Signale zumelden, damit entstandene Unterbrechungen der Förderung schnellstens beseitigtwerden können. Häufig werden Material-Schleusen bei Saugförderanlagen mit derbereits erwähnten Drosselklappe bzw. der Luftaufreißklappe elektrisch verriegelt.

3.7. Luftstromerzeuger oder GebläseFür die Erzeugung des Luftstromes in pneumatischen Förderanlagen kommenheutzutage zwei grundsätzlich verschiedene Gebläsetypen in Betracht:Turbogebläse und Drehkolbengebläse.

Früher wurden Turbogebläse oder Ventilatoren nur bei Niederdruckanlageneingesetzt, d.h. bei pneumatischen Förderanlagen mit geringen Arbeitsdrücken.Doch heute ist es durchaus üblich, Turbogebläse für den Mitteldruckbereich undunteren Hochdruckbereich, wie wir sie bei allen Großanlagen antreffen, einzusetzen.Vor allen Dingen, wenn man die Vorteile dieser Gebläseart gegenüberDrehkolbenmaschinen betrachtet, die wir gleich noch aufzählen wollen, ist es nichtverwunderlich, daß z.B. die Firma NEUERO, die als bedeutende Spezialfabrikinsbesondere für pneumatische Förderanlagen gilt, fast ausschließlich Turbogebläseeinsetzt.

Bild 21 zeigt links ein typischen Turbogebläse oder Radialgebläse, wie es aus demklassischen Strömungsmaschinenbau bekannt ist. Das Gebläse besteht imwesentlichen aus dem feststehenden Gehäuse und dem von einem Motorangetriebenen Lauf- oder Schaufelrad. Ohne noch einmal ausführlich auf die Ihnenallen sicherlich bekannte Gebläsetheorie eingehen zu müssen, kann dieWirkungsweise eines Turbogeläses folgendermaßen einfach zusammengefaßtwerden:

Die Luft wird dem Zentrum eines rotierenden Schaufelrades zugeführt, das die Luftaufgrund der Fliehkraft gegen die Peripherie schleudert. (Man spricht daher auch voneinem Radial- oder Zentrifugalgebläse.) Nach dem Austritt aus dem Schaufelrad mußdie Luft einen Diffusor durchströmen, in dem die inzwischen vorhandene kinetischeEnergie in statischen Druck umgewandelt wird. Dies geschieht technisch ameinfachsten durch das abgebildete Spiralgehäuse. Zur Erzeugung hoher Drücke

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werden häufig mehrere Gebläsestufen in getrennter oder kombinierter Bauweisehintereinandergeschaltet.

Rechts ist in Bild 21 schematisch ein Drehkolbengebläse, auch als Rootsgebläsebezeichnet, dargestellt. Zwei gleich, symmetrisch ausgebildete zweiflügelige Kolbenrotieren in entgegengesetzter Richtung in einem Gehäuse. Die Drehkolben greifenzwar ineinander, berühren sich jedoch nicht, da ein Synchrongetriebe für einkonstantes Spiel sorgt. Die eingentlichen Drehkolben und das Gehäuse werden nichtgeschmiert.

Drehkolbengebläse sind ventillose Verdrängermaschinen, bei denen keine interneVerdichtung stattfindet. Die Luft gelangt aus dem niedrigeren Druckniveau, hier alsovon oben, in den Arbeitsraum und wird von den Drehkolben nach unten in den Raummit dem höheren Druckniveau gedrückt. Die Verdichtung erfolgt erst dann, wenn einzwischen dem Gehäuse und den Flügeln des einen Kolbens abgegrenzter Raum mitder Druckseite in Verbindung tritt. Dann strömt aber zunächst verdichtete Luft indiesen Raum hinein oder, besser gesagt, zurück. Das Zurückschlagen der Luft wirdbeim Betrieb eines Drehkolbengebläses akustisch als sehr unangenehmestieffrequentes Brummen empfungen. Es erfolgt also keine laufende Verdichtung,sondern die Maschine muß gegen Volldruck (Staudruck) arbeiten. Thermodynamischgesehen, bedeutet das keinen sehr guten Wirkungsgrad.

Bei der Gegenüberstellung der beiden Gebläsebauarten wollen wir mit den sog.Kennlinien beginnen. In Bild 22 sind die Kennfelder fü ein Turbogebläse (links) undfür ein Drehkolbengebläse (rechts) einander gegenübergestellt. Dabei ist die üblicheDarstellung gewählt: auf der Abszisse ist die Luftgeschwindigkeit w in einembestimmten Rohrquerschnitt und damit der Luftvolumenstrom V aufgetragen, auf derOrdinate kann der zugehörige, vom Gebläse gelieferte Förderdruck abgelesenwerden. Die einzelnen Kurven gelten für unterschiedliche Drehzahlen n. Aufgrunddes Verdrängungsprinzips verlaufen die Kennlinien beim Drehkolben sehr steil,während sie beim Turbogebläse, je nach Bauart, relativ flache Kurven darstellen.Welche Vor- oder Nachteile die unterschiedlichen Steigungen beim Einsatz derbeiden Gebläse in der pneumatischen Förderung bringen, werden wir uns nochnäher ansehen. Doch zunächst zur Definition des Betriebspunktes einerpneumatischen Förderanlage.

Turbogebläsen wird beim Einsatz ohne Regelungseinrichtung nachgesagt, daß sieim Leerlauf, d.h. wenn keine pneumatische Förderung stattfindet, eine höhereAntriebsleistung benötigen als im Betriebspunkt während der Förderung vonSchüttgütern. Diese Aussage wollen wir am nächsten Bild untersuchen.

Bild 23 zeigt ein Diagramm in der uns bereits bekannten Darstellung desFörderdruckes ∆ p bzw. Druckabfalls einer Anlage in Abhängigkeit von derLuftgeschwindigkeit. Die Kurve ∆ pL deutet wieder den Druckabfall in der Rohrleitungfür reine Luftförderung an. Die Kurve ∆ ptot stellt den gesamten in der Anlagewährend der pneumatischen Förderung auftretenden Druckabfall dar. Als dritte Kurveist die soeben behandelte Gebläsekennlinie ∆ pr, d.h. der vom Turbogebläse beieiner bestimmten Drehzahl zur Verfügung stehende Förderdruck eingetragen. DerSchnittpunkt der Gebläsekennlinie mit der Anlagenkennlinie ist der Betriebspunkt M,der sich für die Materialförderung unter Vollast, d.h. bei maximaler Förderleistung,einstellt. Man kann durch Herüberloten auf die Ordinate den vom Gebläse dafür

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aufzubringenden Förderdruck und durch Herunterloten auf die Abszisse diezugehörige Luftgeschwindigkeit wM in der Förderleitung bzw. den LuftvolumenstromV ablesen.

Wird kein Material gefördert, sondern reine Luft, verschiebt sich der Betriebspunktvon M nach L. Es ist der Schnittpunkt der Gebläsekennlinie mit der Kurve ∆ pL.Dadurch stellt sich die höhere Luftgeschwindigkeit wL ein. Wie wir imströmungstechnischen Abschnitt gesehen haben, führt eine höhereLuftgeschwindigkeit zu einer Leistungserhöhung. Zwar nimmt der Förderdruck ab,aber dafür muß im Leerlauf eine höhere Luftdichte und damit größere Luftmasse vomTurbogebläse verarbeitet werden als im Unterdruckbereich bei der Förderung vonSchüttgut. Alles in allem wäre also eine höhere Antriebsleistung für das Gebläseerforderlich.

Um diese erhöhte Leerlaufleistung zu kompensieren, baut die Firma NEUERO einensog. Strömungsregler ein. Er soll dafür sorgen, daß die während derMaterialförderung unter Vollast erforderliche Luftgeschwindigkeit wM imLeerlaufbetrieb nicht unnötig hoch auf wL ansteigt. Aus regelungstechnischenGründen und vor allem, um den dynamischen Druck in der Förderrohrleitung ausfördertechnischen Gründen möglichst konstant zu halten – wir gehen noch daraufein-, stellt sich im Leerlaufbetrieb der Betriebspunkt mit der zugehörigenLuftgeschwindigkeit wN ein. Der Arbeitsbereich des Reglers liegt auf der Kurve ∆ pN.Zur Wiederholung sei nochmal darauf hingewiesen, daß die Druckdifferenz zwischenden Punkten 0 und M der Druckanteil ist, der für den Materialtransport zur Verfügungsteht.

Zum besseren Verständnis der Funktion des Strömungsreglers sei auf einelängsangeströmte Platte hingewiesen – ein Thema aus der Strömungslehre. Bild 24zeigt links schematisch eine mit der Luftgeschwindigkeit längs bzw. leicht schrägangeströmte ebene Platte. Sie ist mittig im Punkt O drehbar gelagert. DerAnstellwinkel der Platte gegenüber der Anströmrichtung ist mit ∝ bezeichnet. Aus derTragflügeltheorie ist bekannt, daß beim Anströmen der Platte im sog. ¼-Punkt, d.h.¼ der Plattenlänge von vorne, eine Antriebskraft A wirkt, die sich in die beidenKomponenten Ax und Ay zerlegen läßt. Die Kraft Ay bewirkt nun um den Drehpunkt Oein Moment mit der Größe Ay mal ¼. Dies hat zur Folge, daß sich die Platte querbzw. senkrecht zur Strömungsrichtung stellen will. Das Moment ist eine Funktion desdynamischen Druckes, d.h. abhängig von der Luftdichte undAnströmgeschwindigkeit, dann der Plattenabmessung sowie des Anströmwinkels.

Baut man eine solche Klappe in ein Luftrohr ein, rechts dargestellt, so tritt der gleicheEffekt auf, die Klappe dreht sich und drosselt den Luftstrom im Rohr. Durch Wahleines geeigneten Anstellwinkels, eines entsprechenden Endanschlages, daß sich dieKlappe nicht ganz schließen kann, und eines entsprechenden Rückstellmomentes,beispielsweise hervorgerufen durch ein passenden Gewicht G an einem geneigtenHebelarm, kann der dynamische Druck, der auf die Klappe wirkt, annähernd konstantgehalten werden. Im Förderrohr bleibt somit der dynamische Druck ebenfalls sowohlbei Vollast als auch im Leerlauf gleich, was theoretisch eine ideale fördertechnischeVoraussetzung bedeutet. Auch die Luftgeschwindigkeit wird in Grenzen gehalten,was letztlich zur Energie-Einsparung beiträgt.

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In der Praxis erfordern einige Fördergüter bisweilen andere Luftgeschwindigkeiten imFörderrohr als bei der Auslegung der Anlage ursprünglich vorgesehen – sei esempfindliches Fördergut, z.B. Saatgetreide, das besser mit einer geringeren, geradenoch ausreichenden Luftgeschwindigkeit gefördert werden sollte, oder seien esschwerfließende Schüttgüter, wie sie heutzutage zunehmend auf dem Marktauftreten, die eine hohe Luftgeschwindigkeit erfordern. Da NEUERO-Anlagen bei derAuslegung der Antriebsmotoren hinreichende Reserven aufweisen, kann dieFördergeschwindigkeit in bestimmten Grenzen durch einfaches Verstellen desStrömungsreglers, d.h. durch Verschieben des Regelbereiches nach dem vorherigenBild und damit des Betriebspunktes M auf der Gebläsekennlinie, den neuenGegebenheiten angepaßt werden.

Aufgrund der sehr flachen Gebläsekennlinien der NEUERO-Turbogebläse ist dieseMaßnahme ohne nennenswerten Förderdruck-Verlust möglich. In Bild 25 ist dies imlinken Diagramm schematisch angedeutet: der Betriebspunkt M bei maximalerFörderung wird beispielsweise nach M1 oder M2 verlegt, woraus sich eine andereAnlagen- bzw. Förderkennlinie mit einem anderen Mischungsverhältnis µ ergibt.

Wie wir vorhin gesehen haben, hat ein Drehkolbengebläse einen sehr steilen Verlaufder Kennlinie für eine bestimmte Drehzahl. Bei einem Drehkolbengebläse wäre einegewünschte nachträgliche Verschiebung des Betriebspunktes zu einer kleineren odergrößeren Luftgeschwindigkeit im Rohr nur schwer möglich. Die Maßnahme würdeeine Veränderung der Drehzahl des Drehkolbengebläses erforderlich machen, d.h.einen aufwendigen Umbau des Antriebes. Schematisch ist diese Veränderung desBetriebspunktes M im rechten Diagramm durch die verschiedenen Drehkolben-Kennlinien mit den Drehzahlen n und n1 bzw. n2 angedeutet.

Der steile Verlauf der Drehkolben-Kennlinie kann sich auch fördertechnisch alsnachteilig erweisen. Da unabhängig vom Förderdruck sowohl unter Vollast als auchim Teillastbereich sowie im Leerlauf annähernd die gleiche Luftgeschwindigkeit imRohr auftritt, ist der dynamische Druck aufgrund der unterschiedlichen Luftdichtenebenfalls sehr unterschiedlich; er kann sich praktisch bis hin zum Leerlauf fastverdoppeln. Da der Strömungswiderstand der Feststoffteilchen theoretisch – wie wirgesehen haben – vor allem durch den dynamischen Druck bestimmt wird, könnenaufgrund der zu großen Schleppkräfte zu höhe Teilchengeschwindigkeiten imTeillastbereich auftreten, was einerseits eine unerwünschte Beschädigung desFördermaterials zur Folge hätte. Beim Turbogebläse mit Strömungsregler wirddagegen der dynamische Druck im Förderrohr über den ganzen Regelbereich, d.h.für jedes Mischungsverhältnis vom Vollast-Betriebspunkt bis zum Leerlaufbetrieb,hinreichend konstant gehalten.

Energetisch gesehen, kann man davon ausgehen, daß die aufzubringendeAntriebsleistung im Betriebspunkt unter Vollast für beide Gebläsearten etwa gleichgroß ist, da sie etwa unter gleich gutem Wirkungsgrad arbeiten. NEUERO-Turbogebläse haben im Betriebspunkt, d.h. beim Fördern aus dem Vollen, in derRegel sogar einen etwas besseren Wirkungsgrad als vergleichbareDrehkolbengebläse des Wettbewerbs und benötigen dadurch auch wenigerAntriebsenergie bei Vollast.

Lediglich im Teillastbereich liegt das Drehkolbengebläse günstiger, da es alsVerdrängungsmaschine mit steiler Kennlinie, d.h. annähernd konstanter

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Luftgeschwindigkeit in der Rohrleitung arbeitet und den jeweils erforderlichenFörderdruck aufzubringen hat. Das Turbogebläse dagegen hat trotz Strömungsreglereinen höheren Druckverlust zu überwinden, wie in Bild 23 gezeigt wurde, und mußals Strömungsmaschine die höhere Luftdichte im Teillastbereich verarbeiten.

Für den reinen Leerlaufbetrieb, wenn also keine Förderung stattfinden soll, kannbeim Turbogebläse die Drosselklappe betätigt werden. Dadurch wird dieLuftförderung bis auf einen kleinen zur Kühlung des Gebläses benötigtenSpülluftanteil fast gänzlich gedrosselt. Die Antriebsleistung schwindet damit auchbeim Turbogebläse auf einen sehr niedrigen Wert, wie er in etwa bei einemDrehkolbengebläse im Leerlauf vorliegt.

Nach der ausführlichen Gegenüberstellung der Betriebseigenschaften, insbesondereder Kennlinien und der Antriebsleistungen von Turbo- und Drehkolben-Gebläsen,seien noch einige Vorteile der Turbogebläse erwähnt, und zwar vor allem diegeringere Staubempfindlichkeit und die bessere Schalldämm-Möglichkeit.

Da die Verdichtung in einem Drehkolbengebläse nur über enge Toleranzen zwischenDrehkolben und Gehäuse erzielt wird, ist eine vorherige gute Filterung der Luftzwingend notwendig. So können z.B. defekte Filterschläuche verheerende Folgenhaben. Auch trotz einer Filterung ist im Laufe der Zeit mit einem Verschleiß desDrehkolbengebläses zu rechnen. Folglich werden der Druck und damit derWirkungsgrad allmählich, aber kontinuierlich abfallen.

Ein Turbogebläse dagegen liefert solange konstanten Druck bei gleichbleibendhohem Wirkungsgrad, wie die Schaufeln des Rotors nicht vollständig zerstört sind.Ein Abrieb der Schaufeln auf z.B. halbe oder viertel Stärke ändert nich dieLeistungsfähigkeit. In relativ einfachen und preiswerten Maschinen wird, wie Siewissen, häufig auf den Einbau eines teuren Filterabscheiders verzichtet; manbegnügt sich mit einem Zentrifugalabscheider. Als Luftstromerzeuger kann dann nurdas nicht staubempfindliche Turbogebläse eingesetzt werden.

Bei der Erläuterung der Arbeitsweise eines Drehkolbengebläses sind wir bereits kurzauf die Geräuschentwicklung eingegangen. Aufgrund der relativ geringen Drehzahlenbei einem Drehkolbengebläse (je nach Bauart etwa 1000 Umdrehungen pro Minute)liegt ein wesentlicher Anteil der Frequenzen unter 400 Hertz. Diese Geräuschelassen sich nur durch den Einsatz eines Resonanzschalldämpfers unterdrücken, dersehr teuer in der Anschaffung ist.

Die Drehzahlen von NEUERO-Turbogebläsen liegen beispielsweise in derGrößenordnung von 4500 Umdrehungen pro Minute. Die sich daraus beim Betriebergebenden Frequenzspitzen liegen zwischen 500 und 4000 Hertz. Diese Geräuschesind mit einem Absorptionsschalldämpfer, der die preiswerteste Form einesSchalldämpfers darstellt, relativ leicht zu beherrschen.

Aufgrund des Verdrängerprinzips bei Drehkolben ist dort der Einbau aufwendigerSicherheitsventile zwingend erforderlich, um den Unter- (oder evtl. auch Über-) Druckaus Sicherheitsgründen auf einen bestimmten Wert zu beschränken. DieseMaßnahme verteuert eine Anlage natürlich und ist bei Turbogebläsen aufgrund derflachen Kennlinie nicht erforderlich.

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Zusammenfassend kann man hinsichtlich der Venwendung von Turbogebläsen oderDrehkolbengebläsen in pneumatischen Förderanlagen sagen, daß Turbogebläse inder Regel robuster und weniger anfällig gegenüber Staub sind, eine Anpassung derFördergeschwindigkeit an das Fördergut erlauben und preiswerter in derAnschaffung sind; Drehkolbengebläse sind energetisch gesehen etwas günstiger, dasie im Teillastbereich geringere Antriebsleistungen benötigen. Von Fall zu Fall mußdaher abgewogen werden, welcher Gebläsetyp zum Einsatz kommen soll.Beispielsweise werden fahrbare Anlagen auf Gummirädern, wie wir sie im 2. Vortragnoch näher betrachten wollen, fast ausschließlich und stationäre sowieschienenfahrbare Anlagen mit einer Förderleistung bis etwa 300 t/h zu einemerheblichen Teil mit Turbogebläsen ausgerüstet.

Soweit der allgemeine Teil, d.h. die „theoretischen und praktischen Grundlagen derpneumatischen Förderung“. Im 2. Teil wollen wir uns dann die „Anwendung undEinsatzbeispiele von NEUERO-Anlagen“ näher ansehen.

4. Literaturverzeichnis

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Vollheim, R.: Pneumatischer Transport.VEB-Verlag Grundstoffindustrie Leipzig 1971

Weber, M.: Strömungs-Fördertechnik. Krausskopf-Verlag Mainz 1974

5. Bildanhang (Bildnachweis)

Bild 1: eigener EntwurfBild 2: eigener EntwurfBild 3: eigener EntwurfBild 4: in Anlehnung an Selig, S. 51Bild 5: in Anlehnung an Weber, S. 80 u. 82Bild 6: in Anlehnung an Lampe, S. 173Bild 7: nach Matthies, Vorlesung Pn. 2.7Bild 8: in Anlehnung an Flatt, S. 657Bild 9: nach Matthies, Vorlesung Pn 2.14Bild 10: nach Matthies, Vorlesung Pn 2.13aBild 11: nach Matthies, Vorlesung Pn 2.13bBild 12: eigener EntwurfBild 13: NEUERO (TB-Unterlage)Bild 14: nach Spiwakowski, S. 270,

ergänzt durch eigene Nachrechnung der NEUERO AnlagenBild 15: NEUERO (TB-Unterlage)Bild 16: NEUERO (TB-Unterlage)Bild 17: NEUERO (TB-Unterlage)Bild 18: NEUERO (TB-Unterlage)Bild 19: eigener EntwurfBild 20: eigener EntwurfBild 21: eigener EntwurfBild 22: eigener EntwurfBild 23: eigener EntwurfBild 24: (links:) nach Matthies/Holze, Übung

(rechts) eigener EntwurfBild 25: eigener Entwurf

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